Ali Gökhan Yıldırım  
Ürün ve Sistem Satışları  
Aktif Mühendislik

Geleneksel olarak elektrik enerjisi, dönen makineler sayesinde alternasyonlu sinüzoidal voltaj ve akım oluşturularak üretilmektedir. Son yıllarda güç elektroniğinde yaşanan gelişmeler ile yarı iletken cihazlar doğru akımı geleneksel alternatif akıma dönüştürmekte daha sık kullanılmaya başlandı.

I. GİRİŞ

Doğru akımı alternatif akıma çeviren sistemlere Evirici denmektedir. Eviriciler, fotovoltaik sistemler, AC motor kontrolü, kesintisiz güç kaynakları, endüksiyonlu ısıtma, elektronik balastlar, VSD’ler olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadırlar.

DC-AC dönüştürücüler zorlamalı komitasyonludur. Genellikle tam kontrollü elemanlar ile gerçekleştirilir ve pwm anahtarlama yöntemi ile kontrol edilir. Gerilim ve frekansı kontrol edilebilen bağımsız bir AC çıkış geriliminde harmonikler oluşur. DC giriş kaynağı akımında da önemli ölçüde dalgalanmalar oluşabilir. Bu zararlıların çeşitli yöntem ve uygulamalar ile engellenmesi mümkündür.

II. KONTROL YÖNTEMİ

İnverterlerin çalışma prensibi DC giriş geriliminin ilk yarı periyotta pozitif ve ikinci yarı periyotta negatif yönde yük uygulanmasına dayalıdır. Bu iki yarım periyodun toplamı, devrenin çalışma periyodu veya frekansını belirler. Bu çalışmanın yarı illetken elemanlar ile yapılmasından dolayı statik evirici terimi çok kullanılmaktadır.

Kaynağı pozitif ve negatif anahtarlayarak kare dalga üretmek oldukça kolaydır. Devreye bağlı olarak kare dalga, pwm ve filtreleme yöntemleri ile sinüs dalga sinyaline dönüştürülebilir. Dalga formu ideal sinüs sinyaline ulaşılıncaya kadar rafine edilebilir.

Pratikte saf bir sinüs dalgasını tanımlayan kesin bir görüş yoktur. Çeşitli üreticiler farklı özelliklere sahip ürünler ortaya koymaktadır. Genellikle gerilim dalga formunun toplam harmonik bozulmasının %3’ten az olduğu çıkış gerilimleri pratik amaçlar için kullanılabilecek gerçek bir sinüs dalgası olarak düşünülebilir. Saf sinüs dalgalı eviriciler daha karmaşıktır ve daha fazla maliyetlidir. İnverterin kullanılacağı uygulamayla eşleşecek şekilde seçilmesi en iyisidir.

III. DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONU

Genellikle her bir faz için üretilen pozitif ve negatif sinyaller ilgili pozitif ve negatif elemanlara uygulanır. Ancak burada sinyaler AC şebekeden bağımsız ve isteğe göre üretilir. Kontrol sinyalleri istenen frekans ve faz sayısında kare dalga veya sinüs dalgası şeklindeki alternatif kontrol gerilimlerinin daha yüksek frekanslarda üçgen dalga şeklindeki alternatif bir taşıyıcı gerilim ile karşılaştırılması ile elde edilir. Bu kontrol yöntemine, genel olarak AC darbe genişlik Modülasyonu (DGM, PWM) adı verilmektedir.

Eviriciler kullandıkları pwm metodunda DC gerilimi belirli bir süre zarfında anahtarlama yöntemi le açıp kapatırlar. Bu her darbenin süre genişliği çeşitlidir, böylece çıkışta oluşan elektriksel etki bir sinüs dalgasına benzemektedir.

IV. ANAHTARLAMA EKİPMANLARI

Pwm Metodunda kullanılan anahtarlama ekipmanları çeşitlilik göstermektedir. Tristörlü çeşitlerde, tetiklenerek iletime giren tristörlerin zorla kesime sokulması gerekmektedir. Bu nedenle, eviriciler zorlamalı komütasyonlu devre türleri olarak bilinir. Prensip olarak eviricilerde, yüksek güç düşük frekanslarda SCR, orta güç ve orta frekanslarda bjt, düşük güç ve yüksek frekanslarda MOSFET güç elemanı türlerinin kullanıldığı söylenebilir. IGBT, son yıllarda zorlamalı komütasyonlu devrelerde, orta ve biraz daha yüksek güç ve frekanslarda en yaygın olarak kullanılan güç elemanıdır. Yaklaşık olarak 10 kW’ın altındaki güçlerde MOSFET ve daha büyük güçler için IGBT tercih edilmektedir.

V. H – KÖPRÜ DEVRESİ (H – BRIDGE)

Bir evirici h köprü düzenlemesi olarak bilinen devreden oluşmaktadır. Aşağıdaki devrede IGBT kullanılarak tek fazlı bir tam köprü devresinin uygulanışı gösterilmektedir.

H köprü devresinin çalışması oldukça yalındır. IGBT bir anahtar olarak hareket eder. IGBT’nin gate bacağına bir sinyal uygulandığında anahtar kapalı konuma (ON) geçer ve sonra sinyal kaybolduğunda anahtar açık (OFF) konumuna geri döner. Bu sayede Q1 ve Q4’ye sinyal gönderilerek pozitif DC kaynak yüke uygulanır. Q2 ve Q3’e sinyal uygulanarak da DC kaynak negatif yönde yüke uygulanmış olur. Kontrol devresi, gerekli kapı sinyallerini üreterek ihtiyaç duyulan PWM dalga formlarını oluşturmak için kullanılır.

Kısa devre oluşmasını engellemek için polariteyi değiştirirken bir set IGBT’yi kapatmadan(ON) önce bir sonraki IGBT setini açmak(OFF) gerekmektedir. Geçiş sırasında bütün IGBTler açık olmalıdır(OFF). Diyotlar, geçiş sırasında oluşan potansiyel gerilimi sınırlandırmak için endüktif akıma gereken yolu sağlar. Kapasitör ise, DC kaynakta oluşabilecek bir değişimi dengelemek için düzenleme sağlar.

VI. EVİRİCİ BLOK ŞEMASI

Blok şeması bir DC AC eviricinin ana bileşenlerini göstermektedir.

Giriş filtresi DC kaynaktaki dalgalanmaları veya frekans bozulmalarını ortadan kaldırır. İnverter devresine temiz bir gerilim sağlar.

Evirici bütünün ana güç devresini oluşturmaktadır. Bu devre DC voltajı gerekli multilevel PWM dalga formuna dönüştürmektedir.

Çıkış filtresi PWM dalga formunda bulunan yüksek frekanslı bileşenleri sönümleyerek sinüsoidal’e yakın bir sinyal üretilmesine katkı sağlar.

Forier analizi hakkında bilgi sahibi iseniz; periyodik dalga formu, ana temel frekans bileşeninden ve daha yüksek mertebeden ama daha düşük büyüklükteki harmonik bileşenlerden oluşmaktadır. Çıkış filtresinin ortadan kaldırdığı da bu yüksek mertebeden harmonik bileşenlerdir.

VII. SONUÇ

Eviriciler karmaşık cihazlardır ancak genel güç kaynağı kullanımı için DC’yi AC’ye dönüştürebilirler. Güç elektroniğindeki ve mikroişlemcilerdeki ilerlemeler ile eviricilerin birçok alanda kullanımı artmaktadır. Bir eviricide DC güç girişi bir batarya, güneş paneli, yakıt pili veya herhangi bir diğer DC kaynak olabilir. Fakat birçok endüstriyel tesiste eviriciler doğrultucular ile beslenir ve bu konfigürasyonda AC DC ye çevrilir, DC hatta filtrelenerek istenen frekansta AC ye dönüştürülerek ihtiyaç doğrultusunda kullanılabilir hale getirilir. Bu kimi zaman şebekeye enerji basan bir güneş enerji santrali olabilir kimi zamanda üretim amaçlı kullanılan bir motorun sürücüsü.

KAYNAKLAR